陶瓷设计.doc

唐山学院陶瓷综合实验第 18 页 共 18 页目录1 文献综述22计算与设计42.1釉料配方的计算42.1.1釉料的化学组成42.1.2釉的熔融温度的计算42.1.3根据化学组成选择原料并计算配方52.2实验设计73实验过程93.1原料含水率及酌减量的测定93.2原料含水率及酌减量的计算93.3釉料的制备93.3.1原料煅烧93.3.2配料103.4施釉103.5烧成104性能测定114.1釉浆性能的测定114.1.1釉浆悬浮稳定性的测定114.1.2釉浆比重的测定114.1.3釉浆粘度的测定114.1.4釉浆含水率的测定124.1.5釉浆真密度的测定134.2釉面性能测定134.2.1釉面白度的测定134.2.2釉面光泽度测定134.2.3釉面硬度134.2.4釉面稳定性145实验结果146分析与讨论157结论178体会感想和建议189参考文献181 文献综述乳浊釉即白色不透明光泽釉，根据乳浊粒子的聚集状态，乳浊釉可分为3类 ：一是基质玻璃中存在一定数量的微小晶体，称为晶相乳浊釉：二是釉熔体在冷却过程中发生液液分相，在基质玻璃中分离出体积微小、分散度较高的第二相玻璃，称为分相乳浊釉。三是在釉玻璃表面层以下存在大量微小气泡，称为气相乳浊釉。 目前，乳浊釉已在陶瓷工业中广泛应用。乳浊釉能够遮盖坯体的颜色和某些缺陷，丰富陶瓷产品的釉面装饰，同时，使得大量劣质原料或工业废渣可以作为坯用原料。这在高品位原料日益枯竭的今天，不仅降低了生产成本，使资源得到充分合理的利用，而且可增加产品的花色品种，提高产品档次。 乳浊釉的发展历史悠久。如欧洲陶瓷企业使用过的釉料乳浊剂经历了氧化锡、氧化锌、二氧化钛、磷酸盐、硅酸锆等过程。因氧化锡作为乳浊剂的成本过高，其现今的使用量已越来越少。在上世纪初，美国最先用锆英石作为釉料乳浊剂，后来英国开始使用锆英石取代氧化锡，降低了瓷砖装饰用釉料产品的成本。在常规釉料中加入5的氧化锡，可产生白里泛青的色调；氧化锌广泛应用于锆英石釉中，以提高白度与乳浊度。在高温卫生洁具釉料中，氧化锌具有强溶剂作用，能显著降低釉的粘度，因此目前仍在部分使用。在釉中加入氧化钛，可以制成高档的白乳浊釉。而磷化合物作乳浊剂可使釉不透明并可增加釉对光的折射率，增加釉料的光泽。磷酸钙、骨灰、磷灰石均可适量配人釉料，使釉形成良好的乳浊与光亮效果。此外锂灰石、锂瓷石、锂霞石等含锂化合物也是很好的乳浊釉用原料。对于乳浊釉，不论慢烧还是快烧条件下，国内外研究得较多的是外加乳浊剂(TiO2 、SnO2 、ZrSiO4 等)的单一微晶乳浊方式。研究的思路主要是基于乳浊剂与基质玻璃相存在较大的折射率差值，在一定温度下，乳浊剂以细分散晶体形式存在，引起光散射，产生乳浊效果。1958年，日本学者加藤悦三以钙釉和含锌钙釉为基础釉，研制成具有液相分离结构的骨灰乳浊釉：1993年，聂曼云利用R20-R0-A12O3-SiO2系统开发出不含P205、TiO2、ZrSiO4等昂贵乳浊剂的应用于卫生瓷的分相乳浊白釉；1995年，余丽达设计了全生料的KNaO-CaO (ZnO) -A1 203-B203-SiO2系统分相乳浊釉， 指出釉中熔析出的大量0510 p m的富硅液滴相充当了乳浊粒子；1995年，陈德平等在1 050 、2h的烧成条件下用K20、Na20、CaO、ZnO、MgO、Al203、B203、Si02 等常规化学组成的原料制成了乳浊白釉该釉具有“分阶段多层次”的微分相结构，是釉面乳浊的原因所在王春玲在基础釉中外加6氧化钛乳浊剂，采用湿法球磨，制得乳浊效果理想、釉面白度高、适用范围广的新型钛乳浊釉。宫华、孙明采用三角配料法优化锆乳浊釉的配方，得到一种烧成温度为l 230 、性能稳定、白度较高、锆英石用量较少的锆生料乳浊釉。西班牙学者JuditMolera 和Mario Vendrel应用WDS、SEMEDX、XRD和XRF对伊斯兰锡釉陶器的化学成分和微观性能进行了分析。认为伊斯兰西班牙乳浊釉中含有37-56的PbO和4l5的SnO2，其乳浊机理是因为有小于l u m的SnO2 颗粒的存在。目前研究最多的是锆乳浊釉，研究者在不同层面对锆釉中析出相的数量、尺寸和分布以及熔析行为等进行了研究。美国学者BurnhaWKing JR和Andrew LAndrews通过实验研究了氧化锆瓷釉的两种乳浊机理：一是在釉中有未溶解的氧化锆颗粒残留；二是锆化合物在烧成时结晶表明了数量、特性及原料的选取是引起各种瓷釉样品乳浊的原因。前苏联学者YuGShteinberg等对锆乳浊机理进行了研究，认为由于微晶析出氧化锆。从而产生乳浊。国内学者陈志强、苏宪君等认为硅酸锆作为陶瓷釉料乳浊剂，其粒度越细，乳浊效果越好要满足生产高档建筑卫生陶瓷的要求，其最大粒径最好小于5-12 um，平均粒径在l u m左右，而且ZrSiO4纯度越高，乳浊效果越好，Fe203杂质的含量最好小于OO5。但由于高质量硅酸锆价格昂贵，且其最大加入量也受到限制过多引入将导致釉熔体高温粘度大、流动性差，容易出现针孔、釉面粗糙等缺陷，所以如何降低硅酸锆用量又不影响其乳浊效果一直是困扰人们的一个难题。目前研究的一个热点是选择其它廉价乳浊剂(如天然磷灰石)来取代或部分取代锆英石研制低锆复合乳浊釉，以降低生产成本。如马建杰、董宝军在实验的基础上。提出了在乳浊釉中用磷灰石取代锆英石的可能性。研究发现，磷灰石的引入可使釉的物理化学性能发生变化，克服了锆英石带来的釉面缺陷，使釉面的光泽度、白度等均有所提高。刘雪东和王泽华设计了一系列适用于卫生瓷大生产使用的低锆复合乳浊釉，具有乳浊剂用量少、乳浊度高、成本低等优点，只用46超细锆英粉和氟磷增白剂，调整釉料硅铝比值为1112，就可制备出符合要求的卫生瓷釉。王境堂、郝国龙等采用锆英石及磷酸钙为复合乳浊剂，发现当石英为15-25，钠长石10-20，锆英石1020，磷酸钙15等组成范围时可得到釉面平整光亮、白度高、乳浊效果好的生料釉。由于陶瓷生产普遍采用高温作业(一般在1 200以上)，烧成燃料费用占生产成本的30以上，因此，在陶瓷工业中，提质降耗和产品换代已经迫在眉睫，对低温釉的研究是实现这一目标的有效途径之一。董大静讨论了低温一次烧成釉面砖坯釉料的选择及其相互适应性。他指出，坯体应具备低温烧结性，烧成温度在l050-1 100范围内；坯体烧成后适宜的膨胀系数为7O75lO 。面釉的烧成温度应与坯体的烧成温度相同始熔温度要高于坯体的排气温度，膨胀系数应为556.0lO-6 ，以使坯釉匹配。此外，通过制定合理的烧成曲线可减少釉面缺陷。李伟东和黄建国等提出了在低温快烧条件下制备自生乳浊釉的研究思路从材料制备科学的观点出发，研究适合低温快速烧成(1 000- l 200 、05lh)的多元系统通过优化组成设计及物理化学过程的控制使釉熔体在烧成过程中产生一级或多级分相还可能辅以少量高折射率微晶析出从而形成大量微米至亚微米级不混溶微滴结构或微滴和微晶的复相结构产生较强的乳浊效果。基于以上考虑，积极寻找和开发新型陶瓷原料，降低企业生产成本，从而提高经济效益便成了陶瓷工作者的首要任务。2计算与设计2.1釉料配方的计算2.1.1釉料的化学组成表2-1 釉料的化学组成（wt%）化学成分SiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2OBaOZnOZrO2合计釉料56.0310.466.971.884.450.934.773.7910.721002.1.2釉的熔融温度的计算釉的始融温度系数KK=（ a1a1 +a2a2 + + aiai ）/（b1b1 + b2b2 + bibi ）式中： a1、a2ai易熔氧化物熔融温度系数 b1、b2bi难熔氧化物熔融温度系数 a1、a2ai易熔氧化物质量分数b1、b2bi 难熔氧化物质量分数表2-2 釉熔融温度计算表易熔氧化物难熔氧化物氧化物K2ONa2OCaOMgOBaOZnOSiO2Al2O3ZrO2质量分数4450.936.971.884.773.7956.0310.4610.72熔融温度系数1.01.00.50.61.01.01.01.21.0aiai 或bibi4.4500.9303.4851.1284.7703.79056.03012.55210.720aiai 或bibi18.55379.302K0.234熔融温度1266由于根据此方法计算出的熔融温度比实际温度要高，所以最高烧成温度为12002.1.3根据化学组成选择原料并计算配方（1）根据化学组成与实验室所拥有的原料进行选择，为长石、烧滑石、紫木节、石英砂、碳酸钙、碳酸钡、氧化锆、氧化锌。 表2-3 原料的化学组成（wt%）SiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2OZrO2BaOZnO长石66.6117.350.350.2613.392.16滑石62.040.170.2232.560.09紫木节46.1532.581.270.430.740.70石英砂9974碳酸钡76.19碳酸钙63.73氧化锆97氧化锌99表2-4 基础釉配方的计算（wt%）氧化物SiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2OBa0ZnOZrO2配方化学组成56.0310.466.971.884.450.934.773.7910.72长石32.8621.895.700.120.014.400.71余量34.144.766.851.870.050.224.773.7910.72滑石5.593.370.011.82余量30.774.766.840.050.050.224.773.7910.72紫木节14.616.744.760.190.060.18余量24.036.65-0.0010.050.044.773.7910.72石英砂24.0924.03余量6.65-0.0010.050.044.773.7910.72碳酸钙12.116.65余量2.83-0.0010.050.044.773.7910.72氧化锌3.833.79余量-0.0010.050.044.7710.72碳酸钡6.264.77余量-0.0010.050.0410.72氧化锆11.0510.72余量-0.0010.050.04表2-5 釉料基础配方（wt%）原料名称长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌含量29.765.0613.3221.8210.975.6710.013.472.2实验设计采取釉料的系统调试方法进行实验，主要是通过变化一个、两个或者多个主要的化学组成来设计一系列釉料配方，可以同时烧成这一系列的配方，根据烧成结果获得所需要的最佳配方。表2-6-1 1号配方（基础配方，粗料）组成长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌质量g29.765.0613.3221.8210.975.6710.013.47表2-6-2 2号配方（粗料）组成长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌质量g29.766.0013.3221.8210.977.0012.003.47表2-6-3 3号配方（粗料）组成长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌磷酸钙质量g29.765.0613.3221.8210.977.0012.003.471.20表2-6-4 4号配方（细料）组成长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌质量g29.765.0613.3221.8210.975.6710.013.47表2-6-5 5号配方（细料）组成长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌磷酸钙质量g31805.0613.3220.0010.977.0010.013.471.60表2-6-6 6号配方（细料）组成长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌磷酸钙质量g33.005.0613.3218.8010.975.6710.014.471.60表2-6-7 7号配方（细料）组成长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌磷酸钙质量g29.765.0613.3220.0010.975.6712.003.472.00表2-6-8 8号配方（细料）组成长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌质量g33.807.008.3220.8010.975.6710.503.97表2-6-9 9号配方（细料）组成长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌质量g33.005.0610.3222.8010.975.6710.012.47表2-6-10 10号配方（粗料）组成钾长石钠长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌质量g22.0011.007.008.0021.0011.0060011.004.00表2-6-11 11号配方（粗料）组成长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌质量g30.0010.008.00221.0011.006.0011.004.00表2-6-12 12号配方（粗料）组成钾长石钠长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌质量g15.0015.007.0011.0021.0011.0060011.004.00以上的12个配方中，1号配方是根据基础化学组成计算而得，其余配方是根据前一号实验结果针对每种烧成后出现的缺陷加以改进而得。3实验过程3.1.原料含水率及酌减量的测定（1）取坩埚并分别编号a、b、c、d、e、f、i、j，称量坩埚的重量计做m1（2）取所需的各个试样至于坩埚中，称量坩埚和试样的重量之和计做m2（3）将盛有试样的坩埚置于干燥箱内干燥三个小时，取出迅速称量其重量计做m3（4）将盛有试样的坩埚置于炉内灼烧一个小时，取出迅速称量其重量计做m43.2.原料含水率及酌减量的计算（1）湿试样的重量m5=m2-m1 干燥后试样的重量m6=m3-m1 灼烧后试样的重量m7=m4-m1（2）所得测量结果如下 表3-1 原料含水率及灼减量长石滑石紫木节石英砂碳酸钙碳酸钡氧化锆氧化锌m1/g34.839335.094834.385732.532828.813737.421629.526931.2576m2/g39.917139.218241.232236.361334.539643.783235.390537.5639m3/g39.907239.175241.154836.354834.533043.776335.376837.5467m4/g39.890038.910340.192936.341832.086941.967835.376837.5467m5/g5.07784.12346.84653.82855.72596.36165.86366.3063m6/g5.06794.08046.76913.82205.71936.35155.84996.2891m7/g5.05073.81565.80723.80903.27324.54625.84996.2891含水率0.191.041.130.170.120.160.230.27灼减量0.346.4914.210.3442.7728.420.000.003.3.釉料的制备 3.3.1 原料煅烧对滑石进行煅烧：滑石主要提供镁，高温时有助融效果，而且膨胀系数小，同时可以提高釉面白度。但是自然状态下的滑石是一种层片状物质，直接引入不利于粉磨，还会引起成分的定向排布，使釉浆的组分不均匀，造成釉面缺陷。经煅烧处理的滑石层片状结构已经破坏，可以避免缺陷。3.3.2 配料按照釉料配方精确称量长石、烧滑石、紫木节、石英砂、碳酸钙、氧化锆、氧化锌，并按1：0.6的料水质量比取水，将原料与水混合，并置于球磨机中研磨。3.4.施釉采用浸釉和浇釉两种方法进行施釉，保证釉浆厚度适中，且坯体底面无釉，以方知少城时粘连，然后进行自然干燥。3.5.烧成根据实际情况确定烧成制度，进行烧成。表3-2 试验操作过程烧成次序配方配料总量g加水量ml研磨时间min260目筛余烧成温度保温时间min釉层薄厚第1炉配方110060150120020适中配方210070200120020薄配方310080150120020厚第2炉配方410060200120025厚，不均配方510070200120025厚，不均配方610080150120025厚配方710060200120025厚，不均配方810070150120025厚配方910080200120025适中第3炉配方1010070200120020适中配方1110070150120020薄，不均配方1210080200120020适中4性能测定4.1.釉浆性能的测定 4.1.1釉浆悬浮稳定性的测定将配好的釉浆至于在指定容器中，静置一段时间后观察釉面变化情况及浆料沉降情况，若基本无料水分层则说明悬浮性好。 4.1.2釉浆比重的测定取一定的料浆至于洁净干燥的量筒中，然后将比重计垂直置于料浆中，待比重计稳定后读取其示数。料浆的比重约在1.5左右。4.1.3釉浆粘度的测定将塗-4粘度计洗净并擦干，调整仪器至水平，加入蒸馏水，将具有刻线的50ml容量瓶口对准粘度计流出孔，拔起木棒，同时记录时间，测定流出50ml水的时间，然后用木棒塞住流出孔，做三个平行试验，取平均值，作为50ml水的流出时间t。将配置好的釉浆用上述方法 做三个平行试验，取平均值，求相对粘度。相对粘度公式 =CS/WS式中相对粘度WS流出50ml水的时间，sCS流出50ml釉浆的时间，s表4-1 釉浆的粘度蒸馏水WS1/sWS2/sWS3/sWS/s422416412417釉浆CS1/sCS2/sCS3/sCS/s相对粘度配方15325475255351.30配方25245435275311.29配方35525375225371.31配方45165325215231.27配方55465245235311.29配方65445325305351.30配方75185445335331.30配方85425415265361.30配方95515525365471.35配方105545305305211.25配方115135475405331.30配方125235245305261.274.1.4釉浆含水率的测定取若干蒸发皿洗净，烘干至恒重，并对其进行编号，然后分别置于电子天平上称重，记做m0；取各个配方的釉浆至于对应编号的一烧杯中，然后分别置于电子天平上称重，记做m1；将盛有釉浆的蒸发皿置于干燥箱中，反复烘干称重，直至恒重，称其重量，记做m2，计算含水率。表4-2 釉浆含水率4号釉浆6号釉浆8号釉浆10号釉浆11号釉浆12号釉浆蒸发皿重m0/g30.973331.009834.038231.709035.087331.9007蒸发皿+釉浆湿重m1/g62.570170.436558.147875.134057.142560.7785蒸发皿+釉浆干重m2/g45.681650.718744.323350.754844.673543.4080釉浆含水率%53.4550.0157.3456.1556.5360.154.1.5釉浆真密度的测定将釉浆干燥后，称重，然后使用密度仪对其进行测定4.2.釉面性能测定4.2.1釉面白度的测定：（1）选取试样：选取显见面平整光滑处，并保证其清洁，无彩饰、裂纹及其他伤痕；（2）使用白度仪测定白度：在试样座上放好试样，打开白度测定仪进行测定，显示数值即为试样白度。表4-3 釉面白度RGV白度值W配方162.367.9768.61.3配方260.065.968.757.2配方356.662.765.653.7配方4配方5配方6配方7配方8配方9配方1075.878.980.174.6配方1163.768.971.361.3配方1274.377.879.572.64.2.2 釉面光泽度测定将釉面朝向光源，观察釉面的镜面反射效果。同时还可以检测釉面是否有鬃眼及平整程度4.2.3釉面硬度 采用硬度测定仪进行测定。4.2.4釉面稳定性采用陶瓷热稳定性测定设备进行测定。5实验结果表5-1 釉浆综合性能配方悬浮性比重粘度含水率真密度g/cm3配方1差1.571.303.0182配方2较好1.491.292.8670配方3较好1.531.312.8348配方4较差1.551.2753.452.7847配方5较差1.461.292.7362配方6好1.521.3050.012.9279配方7较好1.401.302.9999配方8较好1.431.3057.342.8587配方9较好1.511.352.8467配方10好1.471.2556.152.9016配方11较差1.481.3056.532.9453配方12较好1.461.2760.152.8745表5-2 釉面综合性能操作顺序配方是否缩釉釉面白度釉面斑点釉面光泽度第1炉配方1无 一般较多一般配方2无较差有一般配方3无较差较少一般第2炉配方4缩釉一般无较差配方5缩釉一般无较差配方6缩釉一般无较差配方7缩釉一般无较好配方8缩釉较好无良好配方9缩釉较好无良好第3炉配方10无良好无良好配方11无较好无一般配方12无良好无良好6分析与讨论在第一炉中烧成的产品白度普遍偏低，并且釉面斑点较多。配方1是原配方，配方2在原配方基础上增加滑石、碳酸钡、氧化锆，配方3在原基础上增加碳酸钡、氧化锆、磷酸钙。但是在相同的烧成制度下，配方的改进并没有使釉面白度提高，推其原因，很可能与烧成制度有关。这次实验，初步得到了符合预期目标的釉面，急需解决的问题是如何提高釉面白度，下组实验主要围绕改善釉面质量展开。使白度降低的因素有：着色氧化物含量大于0.5%。配方1,2,3的釉用原料都没有经过除铁过筛过程，都是用的粗原料，故杂质和铁含量较高烧成过程中，没有保证足够的氧化气氛。炉子本身不是靠煤气、天然气等燃料的燃烧提供热量，而是靠热电阻产生热量，因此炉子中的气氛既非氧化气氛，也非还原气氛原料配方中滑石含量过少。滑石的加入有提高乳浊性的作用，与锆英石同时加入，乳浊效果明显原料配方锆含量少釉浆稠度过小，釉层薄原料中紫木节含量过多。粘土含量高，使釉面白度降低釉面有斑点的原因：原料中杂质含量较高原料中铁含量较高施釉过程中造成的釉面污染改善措施： 对原料进行过筛处理。由于实验室没有除铁设备，故通过控制原料细度减少原料中铁的含量通过自制除铁装置（磁铁），尽量减少釉用原料和釉浆中的铁含量施釉过程中注意保持釉面清洁，防止污染釉面适当增加长石、滑石、氧化锆、碳酸钡、氧化锌用量，减少紫木节（粘土）用量适当引入磷酸钙，形成磷锆复合乳浊效果严格控制釉面厚度。釉面厚度太薄，白度降低在第二炉中烧成的产品白度普遍提高，说明配方的改进取得成效，同时原料经100目筛过筛，铁含量减少，釉面斑点较少甚至消失。但是该组实验出现明显的裂纹和缩釉现象。配方4仍是原配方，但其白度较配方1明显提高，说明第一炉的烧成过程确实存在问题。配方5适量调节石英砂、长石含量，增加碳酸钡含量，增大釉面折射率，从而提高白度。配方6在配方5的基础上加入磷酸钙，Fe离子在磷酸盐中以六配位形式存在，不显色。实际试验中同是在1200下烧成，但配方4、5、6的产品釉面光泽度较差，可能是由于釉面未烧熟造成的。配方7、8、9是在配方4、5、6的基础上调整需要改变量的多少，白度、光泽度均明显提高，遇到的问题同样是裂纹和缩釉现象。由于烧成制度相同，但配方4、5、6的釉面光泽度明显低于配方7、8、9的，可能与制品在炉中的位置有关。因为炉子内不同位置温度不同，而且靠近炉口处温度降得快，可实现极冷。这组实验遇到的最大问题是釉裂问题，因此下步实验主要围绕消除釉裂展开。产生裂纹和缩釉的原因： 原料经过过筛细度降低，釉面的干燥收缩大 施釉前坯体表面润湿不够，施釉后坯体吸水造成釉面开裂 釉浆比重没有进行控制，造成釉浆过稠，施釉时釉面厚度过厚 原料研磨时间的延长，使本来过筛的原料细